吳世龍，孟祥豪，羅景青

(電子工程學(xué)院 電子對抗與信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,　合肥 230037)

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基于樣本脈沖和脈內(nèi)不變特征的相控陣?yán)走_(dá)脈沖提取法

吳世龍，孟祥豪，羅景青

(電子工程學(xué)院 電子對抗與信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,合肥 230037)

針對相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射的脈沖信號基本脈沖參數(shù)變化復(fù)雜和脈間參數(shù)進(jìn)行分選難度較大的問題，首先，文中提出一種樣本脈沖的描述方法，能夠?qū)走_(dá)脈沖信號的脈內(nèi)調(diào)制域變化規(guī)律進(jìn)行描述；然后，結(jié)合相控陣?yán)走_(dá)的脈內(nèi)變化特點(diǎn)，提出脈內(nèi)不變特征的概念，對相控陣?yán)走_(dá)的脈內(nèi)調(diào)制特征進(jìn)行表征；最后，基于樣本脈沖的描述方法，將脈內(nèi)不變特征信息與樣本脈沖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)相控陣?yán)走_(dá)信號脈沖序列的提取，并通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性和合理性。

樣本脈沖；脈內(nèi)不變特征；脈沖序列提?。幌嗫仃?yán)走_(dá)

0　引　言

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭形式的發(fā)展，雷達(dá)偵察系統(tǒng)在戰(zhàn)爭中的作用越發(fā)重要[1]。獲取敵方雷達(dá)的位置參數(shù)信息，是雷達(dá)偵察系統(tǒng)的主要任務(wù)。雷達(dá)信號分選是雷達(dá)偵察系統(tǒng)的重要組成部分，是雷達(dá)信號參數(shù)估計(jì)和型號識別的基礎(chǔ)[2-3]。因此，脈沖信號分選的效果好壞直接影響偵察系統(tǒng)的性能。目前主要的分選方法有基于脈沖重復(fù)周期(PRI)的信號分選算法[4-6]、基于多參數(shù)匹配的分選方法[7]、基于信號脈內(nèi)調(diào)制特征的分選算法[8-9]以及其他分選算法[10]等。然而，PRI信號分選算法和多參數(shù)匹配分選算法依靠常規(guī)五大參數(shù)(脈沖到達(dá)時(shí)間，到達(dá)方位，載頻，脈寬，脈沖幅度)進(jìn)行分選，算法原理均依賴于輻射源信號某一參數(shù)或幾種參數(shù)的變化統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，隨著雷達(dá)體制越來越復(fù)雜，信號密集程度日益增加，脈沖參數(shù)的規(guī)律統(tǒng)計(jì)的難度

也日益增大，新體制雷達(dá)信號參數(shù)的隨機(jī)變化使得某些輻射源脈沖信號無法通過常規(guī)五參數(shù)實(shí)現(xiàn)分選?；谛盘柮}內(nèi)調(diào)制的分選算法優(yōu)點(diǎn)是可以分選波形較為復(fù)雜的雷達(dá)輻射源，但是算法計(jì)算量較大，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)；同時(shí)，基于脈內(nèi)特征的分選僅僅能將不同調(diào)制類型的信號區(qū)分開來，針對同一調(diào)制類型的雷達(dá)信號，往往無能為力；此外，脈內(nèi)分選算法只針對較為簡單體制的雷達(dá)進(jìn)行分析，對于多種調(diào)制類型混合的輻射源信號類型很少涉及。

脈內(nèi)特征的確是輻射源最具特色的參數(shù)之一，雖然當(dāng)前技術(shù)發(fā)展日新月異，新體制雷達(dá)層出不窮，常規(guī)參數(shù)的變化無規(guī)律可循，但輻射源信號脈沖內(nèi)部特征參數(shù)的變化卻有一定的穩(wěn)定性和規(guī)律性。目前，國內(nèi)外已有多位學(xué)者將熵、小波變換、相像系數(shù)、復(fù)雜度特征等脈內(nèi)特征應(yīng)用于雷達(dá)信號分選識別，但共同的問題是處理方法比較復(fù)雜，運(yùn)算量較大，對噪聲相當(dāng)敏感，而且對于同一調(diào)制類型的兩種雷達(dá)信號分選效能較差。脈沖樣本圖分選是一種利用多個常規(guī)參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合分選的方法，文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[11]對脈沖樣本圖

應(yīng)用于分選識別進(jìn)行了研究，但是脈沖樣本圖僅針對脈沖外部特征，當(dāng)常規(guī)參數(shù)隨機(jī)變化時(shí)，脈沖樣本圖自提取方法無能為力。因此，如何將其樣本圖的思想應(yīng)用于脈內(nèi)特征，使其能夠分選識別特征參數(shù)變化復(fù)雜的雷達(dá)信號，有一定的研究價(jià)值。

基于以上問題，本文提出一種基于樣本脈沖和脈內(nèi)不變特征的相控陣?yán)走_(dá)脈沖信號提取方法。針對相控陣?yán)走_(dá)脈沖信號的脈內(nèi)調(diào)制特征，首先，提出樣本脈沖的描述方法，對其脈內(nèi)特征進(jìn)行表征；然后，引入“脈內(nèi)不變特征”的概念，并利用樣本脈沖和脈內(nèi)不變特征相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對該類脈沖信號的提取。

1　樣本脈沖的概念和數(shù)學(xué)模型建立

樣本脈沖(PP)是對雷達(dá)在某一工作模式下發(fā)射的脈沖信號脈內(nèi)特征的一種描述，用來描述雷達(dá)信號不同工作模式下脈沖內(nèi)部調(diào)制域的成形規(guī)律。

首先，定義雷達(dá)輻射源在第i種工作模式時(shí)，脈內(nèi)調(diào)制特征信息(IIMC)函數(shù)的概念

IIMCi(MTCi)=vector(MTCi)

(1)

式中：MTC為調(diào)制類型碼，針對不同的調(diào)制類型，定義不同的調(diào)制類型碼值。例如，對于四種典型的脈內(nèi)調(diào)制類型，調(diào)制類型碼分別定義為：恒載頻信號(MTC=1)，線性調(diào)頻信號(MTC=2)，相位編碼脈沖信號(MTC=3)，頻率編碼脈沖信號(MTC=4)，二次三項(xiàng)式調(diào)頻信號(MTC=5)等；vector(MTC)為根據(jù)不同調(diào)制類型碼生成的不同維數(shù)，包含不同參數(shù)類型的脈內(nèi)調(diào)制信息向量。

因此，雷達(dá)輻射源工作在第i種工作模式時(shí)，其樣本脈沖可以表示為

PPi=[IPWi,IIMCi(MTCi), MTCi]

(2)

式中：IPW為脈沖寬度信息向量，IPWi表示雷達(dá)輻射源第i種工作模式時(shí)脈沖信號的脈沖寬度信息向量。根據(jù)不同的脈內(nèi)調(diào)制類型碼(MTC)，IPWi與IIMCi(MTCi)向量的形式靈活變化。

下面給出樣本脈沖對某雷達(dá)發(fā)射脈沖信號進(jìn)行表征，假設(shè)某雷達(dá)輻射源工作在遠(yuǎn)近區(qū)同時(shí)搜索工作方式，當(dāng)工作在模式A時(shí)，其特征參數(shù)類型及取值情況為：載頻(RF)捷變，范圍是[1 000MHz,1 200MHz]，PRI三參差，參差值分別為：310、500、900，脈內(nèi)調(diào)制類型為13位巴克碼調(diào)制的二相編碼，脈沖寬度(PW)為13μs。則樣本脈沖可表示為

PPA=[IPWA,IIMCA(3),3]

(3)

式中：IPWA=[1,13]，表示子脈沖寬度為1μs，PW為13μs。IIMCA(3)=[R(0,1),13]，R(0,1)算子定義為0或1的隨機(jī)值組合，用來表示脈沖內(nèi)部的巴克碼取值，13為巴克碼位數(shù)。

2　相控陣?yán)走_(dá)信號脈內(nèi)不變特征分析

2.1相控陣?yán)走_(dá)信號調(diào)制特征分析

在對相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射信號進(jìn)行脈內(nèi)不變特征分析之前，本文對其不同工作模式下采用的脈內(nèi)調(diào)制關(guān)鍵技術(shù)-調(diào)制類型和調(diào)制特征進(jìn)行詳細(xì)分析。

相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射信號主要為PSK與FSK復(fù)合調(diào)制，其構(gòu)造方式為：首先，將PW為T的脈沖進(jìn)行等分，劃分為M個寬度為tM的一級子脈沖，即有T=M·tM，對這M個一級子脈沖進(jìn)行FSK調(diào)制；然后，對每一個一級子脈沖進(jìn)行再等分，劃分為N個寬度為tN的二級子脈沖，即有tM=N·tN，對這N個二級子脈沖進(jìn)行PSK調(diào)制。FSK-PSK信號的包絡(luò)形成示意圖，如圖1所示。

圖1　PSK-FSK信號包絡(luò)形成示意圖

FSK信號和PSK信號單一調(diào)制的包絡(luò)形式分別為

(4)

uPSK1(t)*uPSK2(t)

(5)

將式(5)中的uPSK1(t)部分進(jìn)行FSK調(diào)制，可以得到PSK-FSK信號的復(fù)包絡(luò)表示形式為

uPSK-FSK(t)=uFSK(t)*uPSK2(t)=

(6)

圖2　PSK-FSK信號的時(shí)域波形示意圖

圖3　PSK-FSK信號的功率譜密度示意圖

2.2相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射波形特點(diǎn)分析

2.1節(jié)對相控陣?yán)走_(dá)開機(jī)工作時(shí)發(fā)射的脈沖信號主要調(diào)制類型進(jìn)行了闡述，本節(jié)對該類雷達(dá)輻射源在實(shí)現(xiàn)不同的功能，即工作在不同的工作模式時(shí)，具體的波形設(shè)置進(jìn)行分析，為2.3節(jié)“脈內(nèi)不變特征”模型的建立奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)工作任務(wù)的不同，相控陣?yán)走_(dá)主要工作波形有以下三種：

1)當(dāng)雷達(dá)輻射源制定的探測空域電磁環(huán)境相對簡單，雜波較少，且無云雨時(shí)，相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射這種波形，稱之為晴空波形。在這種情況下，雷達(dá)發(fā)射脈沖的一個PW內(nèi)包含四個子脈沖，子脈沖間采用FSK調(diào)制方式，RF值分別為f1,f2,f3,f4，不同脈沖的RF值隨機(jī)變化，子脈沖內(nèi)則采用PSK調(diào)制方式。其波形示意圖如圖4所示。

圖4　相控陣?yán)走_(dá)晴空波形示意圖

由圖4可以看出，這是較為標(biāo)準(zhǔn)的PSK-FSK波形，圖中τC,τP,τT,τR分別表示信號的二級子脈沖碼元寬度、一級子脈沖寬度、脈沖寬度和兩脈沖時(shí)間間隔。當(dāng)相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射這種波形時(shí)，RF是隨機(jī)捷變類型，即每個脈沖表現(xiàn)出的RF值是隨機(jī)的；PRI一般采用固定類型，即在這一工作模式下兩兩脈沖的τR保持不變。

2)當(dāng)雷達(dá)輻射源制定的任務(wù)為運(yùn)動目標(biāo)的檢測和跟蹤時(shí)，雷達(dá)發(fā)射的波形稱為檢測跟蹤波形。在這種情況下，雷達(dá)發(fā)射的一個脈沖寬度內(nèi)包含兩個子脈沖，子脈沖間采用FSK調(diào)制，RF值分別為f1,f2，子脈沖內(nèi)則采用PSK調(diào)制方式。其波形示意圖如圖5所示。

圖5　相控陣?yán)走_(dá)檢測跟蹤波形示意圖

由圖5可以看出，相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射這種波形時(shí)，RF表現(xiàn)為隨機(jī)捷變類型，且PRI可以是參差或組變類型，也可以為固定類型，因此可以衍生出多種不同的信號類型，此時(shí)利用脈間參數(shù)進(jìn)行提取難度較大。

3)當(dāng)雷達(dá)輻射源在阻塞式(壓制式)干擾環(huán)境中需要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的搜索和跟蹤功能時(shí)，相控陣?yán)走_(dá)會發(fā)射抗干擾搜索跟蹤波形。其波形示意圖如圖6所示。

圖6　相控陣?yán)走_(dá)抗干擾搜索跟蹤波形示意圖

由圖6可以看出，在發(fā)射這種波形時(shí)，每個脈沖內(nèi)存在兩個RF值，不同脈沖之間RF值隨機(jī)變化，表現(xiàn)為RF捷變。此外，信號的PRI周期較長，在接收到的脈沖數(shù)較少或者丟失脈沖率較高的情況下，很難找出PRI變化規(guī)律。

綜上所述，可以看出相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射的波形在參數(shù)上存在以下三個主要特點(diǎn)：

1)脈內(nèi)采用FSK與PSK復(fù)合調(diào)制，RF變化無規(guī)律性；

2)PRI變化類型多樣，且變化周期較長，利用PRI變化規(guī)律難以提取；

3)當(dāng)工作在某一種波形時(shí)，一級子脈沖碼元個數(shù)和二級子脈沖碼元寬度相對固定。

2.3脈內(nèi)調(diào)制不變特征的概念和數(shù)學(xué)模型

由以上兩小節(jié)的分析，可以看出，當(dāng)相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射某一種任務(wù)波形對應(yīng)的任意一種工作模式時(shí)，這一工作模式對應(yīng)的脈沖序列均表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：每一個脈沖的RF值和子脈沖的RF值均是隨機(jī)變化的，但是一級子脈沖碼元的個數(shù)和二級子脈沖碼元寬度始終不變。我們將相控陣?yán)走_(dá)脈內(nèi)參數(shù)的這種特點(diǎn)稱為脈內(nèi)不變特征。

接下來將使用樣本脈沖表征信號的脈內(nèi)不變特征，由樣本脈沖的定義可知，樣本脈沖是雷達(dá)在某一工作模式下發(fā)射的脈沖信號脈內(nèi)特征的一種描述，用來描述雷達(dá)信號不同工作模式下脈沖內(nèi)部調(diào)制域的成形規(guī)律。因此，可將脈內(nèi)不變特征作為雷達(dá)某一工作模式下的調(diào)制域信息加入樣本脈沖，用于該工作模式脈沖序列的提取。

假設(shè)相控陣?yán)走_(dá)工作在雜波較少的電磁環(huán)境，工作在第i種工作模式，發(fā)射一晴空波形，隨機(jī)選取波形中的某一脈沖，對其脈內(nèi)調(diào)制域參數(shù)進(jìn)行表征，可得在第i種工作模式下該雷達(dá)的樣本脈沖為

PPi=[IPWi,IIMCi(5),5]

(7)

式中：IPWi為脈沖寬度信息向量，對于相控陣?yán)走_(dá)，IPWi的具體形式為

IPWi=[τC,D(τT,τP)]

(8)

式中：τC,τP分別為脈沖的二級子脈沖碼元寬度和一級子脈沖寬度，τT為脈沖寬度(PW)。D(τT,τP)為一除法算子，定義為脈沖寬度與一級子脈沖寬度相除的整數(shù)值。IIMCi(5)為脈內(nèi)調(diào)制特征信息函數(shù)，對于PSK-FSK信號來說，其IIMCi(5)的具體形式為

IIMCi(5)=[Rj(0,1),k,Fi]

(9)

式中：R(0,1)算子定義為0或1的隨機(jī)值組合，用來表示脈沖內(nèi)部的PSK調(diào)制序列，Ri(0,1)為該工作模式下第j個脈沖的PSK調(diào)制序列，j的值隨機(jī)選取，滿足1≤j≤N(N為脈沖個數(shù))；k為PSK碼元位數(shù)；F為脈沖調(diào)制頻率信息向量；假定一級子脈沖個數(shù)為4，頻率值分別為f1,f2,f3,f4，則F的表示形式為[f1,f2,f3,f4]；MTC=5表示脈內(nèi)調(diào)制類型碼。需要說明的是，對樣本脈沖中的子脈沖碼元寬度的估計(jì)可以通過相位差分法[12]得到。

通過上述對相控陣?yán)走_(dá)信號進(jìn)行樣本脈沖表征，將脈內(nèi)調(diào)制不變特征加入樣本脈沖的IPWi向量中，即樣本脈沖包含了信號的脈內(nèi)調(diào)制不變特征。在多種雷達(dá)脈沖信號混疊時(shí)，通過不同雷達(dá)輻射源信號對應(yīng)的樣本脈沖差異，可以將信號進(jìn)行分離；同時(shí)，根據(jù)相控陣?yán)走_(dá)某一工作模式下發(fā)射脈沖序列對應(yīng)的IPWi的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)該雷達(dá)輻射源信號的準(zhǔn)確提取，從而解決了由于相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射信號變化復(fù)雜而無法實(shí)現(xiàn)有效分選的問題。

3　算法原理和實(shí)現(xiàn)步驟

基于雷達(dá)輻射源信號的樣本脈沖進(jìn)行相控陣?yán)走_(dá)信號提取的原理為：利用相控陣?yán)走_(dá)信號的脈內(nèi)調(diào)制類型特點(diǎn)，提取該信號的樣本脈沖，樣本脈沖中包含該信號的脈內(nèi)不變特征。然后利用樣本脈沖對脈沖流中脈沖逐次進(jìn)行參數(shù)匹配，將匹配成功的脈沖提取出來。假設(shè)脈沖列的脈沖總數(shù)為M，依據(jù)到達(dá)時(shí)間(TOA)從小到大排列，算法的處理流程如圖7所示。

圖7　基于脈內(nèi)調(diào)制不變特征和樣本脈沖提取信號波程圖

由上述流程圖可以得到其處理過程如下：

1)參數(shù)初始化，選取基準(zhǔn)脈沖。依據(jù)TOA順序從脈沖列中選取第n0個脈沖，首次執(zhí)行步驟1)時(shí)，n0=1。若第n0個脈沖的脈沖匹配標(biāo)識字為0且脈內(nèi)調(diào)制類型為PSK-FSK復(fù)合調(diào)制類型(由調(diào)制類型碼可得)，則將其確定為基準(zhǔn)脈沖，并提取其脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)，構(gòu)成樣本脈沖向量PPbeg=[IPWbeg,IIMCbeg(5),5]，轉(zhuǎn)至步驟2)；反之，則令n0=n0+1，重復(fù)步驟(1)。

2)搜索待匹配脈沖。令m=n0+1，順序讀取基準(zhǔn)脈沖后的脈沖，若其分選標(biāo)志字為0，則轉(zhuǎn)至步驟3)；反之，則令m=m+1，若m>M，轉(zhuǎn)至步驟5)，若m≤M，重復(fù)步驟2)。

3)計(jì)算第m個脈沖與基準(zhǔn)脈沖的到達(dá)時(shí)間差Δt=tm-tn0，若PRImin≤Δt≤PRImax，則轉(zhuǎn)至步驟4)；若ΔtPRImax，令n0=n0+1，重新找基準(zhǔn)脈沖。其中，[PRImin,PRImax]為雷達(dá)輻射源信號PRI的合理取值范圍。

4)判斷兩脈沖是否匹配。利用樣本脈沖向量PPbeg判斷兩脈沖是否在脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)上匹配。假設(shè)對第m個脈沖進(jìn)行匹配判定，主要包含兩個層次的內(nèi)容：

(1)脈內(nèi)不變特征匹配。提取第m個脈沖的脈沖寬度信息向量，表示為IPW(m)=[τC(m), τP(m),D(τT(m), τP(m))]，若滿足下式

|τC(m)-τCbeg|<ε1

D(τT(m),τP(m))=D(τTbeg,τPbeg)

(10)

則兩個脈沖的脈內(nèi)不變特征匹配成功，其中ε1為預(yù)先設(shè)定的門限，通常設(shè)為較小的值，具體設(shè)置參見文獻(xiàn)[12]。

(2)脈內(nèi)調(diào)制頻率信息匹配。若不能將第m個脈沖的PSK調(diào)制序列表示為Rm(0,1)形式，則匹配失敗，轉(zhuǎn)至步驟(2)；反之，提取第m個脈沖的脈內(nèi)調(diào)制信息，即調(diào)制頻率向量Fm=[f1(m),f2(m),…,fK(m)]，K為跳頻個數(shù)。將其脈內(nèi)調(diào)制信息表示為IIMCm(5)=[Rm(0,1),km,Fm]，若滿足下式

(11)

則判定為兩個脈沖脈內(nèi)調(diào)制信息匹配成功，其中，ε2為預(yù)先設(shè)定的門限，minFm，maxFm分別表示第m個脈沖的調(diào)制頻率最小值和最大值，minFbeg，maxFbeg分別表示基準(zhǔn)脈沖調(diào)制頻率的最小值和最大值。若步驟(1)、步驟(2)均匹配成功，則將第m個脈沖匹配標(biāo)識字置為1，轉(zhuǎn)至步驟(2)。

5)提取匹配脈沖。將分選標(biāo)志字為1的脈沖提取，形成分選脈沖列，實(shí)現(xiàn)相控陣?yán)走_(dá)某一波形對應(yīng)脈沖列的提取。

4　計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)與分析

本節(jié)通過兩個仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基于脈內(nèi)不變特征和樣本脈沖對相控陣?yán)走_(dá)對應(yīng)脈沖信號的提取能力。第一個實(shí)驗(yàn)用來驗(yàn)證多種脈沖信號混疊脈沖流數(shù)據(jù)中利用樣本脈沖提取對應(yīng)脈沖的能力；第二個實(shí)驗(yàn)用來分析參數(shù)測量誤差的變化對算法性能的影響。

為了驗(yàn)證提取能力，首先定義幾個基本概念：

1)脈沖丟失率(RLP)

(12)

式中：M表示雷達(dá)在某一工作模式下總的脈沖個數(shù)；m為脈沖序列中隨機(jī)丟失的脈沖個數(shù)。在仿真時(shí)可以利用式(12)產(chǎn)生丟失脈沖率不同的脈沖序列。

2)干擾脈沖率(RIP)

(13)

式中：l為脈沖序列中隨機(jī)位置插入的干擾脈沖。在仿真時(shí)可以利用式(13)產(chǎn)生干擾脈沖率不同的脈沖序列。

4.1利用樣本脈沖提取對應(yīng)脈沖序列

本實(shí)驗(yàn)用來驗(yàn)證利用樣本脈沖對相控陣?yán)走_(dá)脈沖信號的提取能力，并與未利用脈內(nèi)調(diào)制特征進(jìn)行分選的方法性能進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)仿真產(chǎn)生一串相控陣?yán)走_(dá)某一工作模式波形對應(yīng)的脈沖序列，假定為晴空波形，根據(jù)其波形設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，產(chǎn)生PSK-FSK復(fù)合調(diào)制雷達(dá)信號，具體的特征參數(shù)設(shè)置為：脈間的RF表現(xiàn)為捷變類型，捷變范圍是[3 000MHz,3 480MHz]； PRI為三參差類型，參差值分別為：1000μs、1100μs、1200μs；PW跳變，且跳變值成倍數(shù)關(guān)系，跳變值分別為：12μs、24μs、36μs，各PW值隨機(jī)選??；脈內(nèi)頻率編碼混合相位編碼，一級子脈沖的寬度τP根據(jù)脈沖寬度取值決定，一個脈沖寬度等分為4個一級子脈沖，即D(τT,τP)=4，子脈沖的調(diào)制頻率值在[3 000MHz,3 500MHz]之間隨機(jī)選取，選取準(zhǔn)則為：在[3 000MHz,3 500MHz]取值范圍內(nèi)設(shè)有160個間隔為3MHz的固定頻率點(diǎn)，組成5組頻率集合，每組頻率范圍為465MHz，含有32個等間隔頻率點(diǎn)，頻率間隔為15MHz，組間頻率間隔為3MHz，根據(jù)不同的任務(wù)設(shè)定，每個脈沖內(nèi)4個調(diào)制頻率值在某一組頻率組合中隨機(jī)抽取。二級子脈沖寬度τC=1μs，碼元個數(shù)根據(jù)一級子脈沖寬度確定。

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)置，仿真產(chǎn)生相控陣?yán)走_(dá)波形對應(yīng)脈沖數(shù)為200個，同時(shí)脈沖序列中隨機(jī)摻雜其他干擾脈沖數(shù)，干擾脈沖包括兩種：一種為其他雷達(dá)信號的脈沖序列，另一種為偵察機(jī)接收到的雜波脈沖信號。進(jìn)行脈沖匹配時(shí)的門限參數(shù)設(shè)置為：PRImin=50μs，PRImax=5 000μs，ε1=0.1μs，ε2=0.6μs。圖8所示為當(dāng)RIP=40%，RLP在0～60%內(nèi)變化時(shí)，分別利用樣本脈沖提取方法和CDIF算法對脈沖列進(jìn)行處理，每個RLP值進(jìn)行200次MonteCarlo實(shí)驗(yàn)得到的相控陣?yán)走_(dá)對應(yīng)脈沖的平均提取正確率曲線。

從圖8的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用樣本脈沖可以準(zhǔn)確提取相對應(yīng)的脈沖，并且不受摻雜脈沖和丟失脈沖的影響。這是因?yàn)?，樣本脈沖較為全面且準(zhǔn)確地描述了不同脈內(nèi)調(diào)制方式的脈內(nèi)特征變化特點(diǎn)，對于摻雜的其他調(diào)制方式的雷達(dá)脈沖信號，可以很容易的剔除，同時(shí)樣本脈沖匹配算法不依賴于脈沖數(shù)目的多少，當(dāng)脈沖數(shù)較少時(shí)依然可以將相控陣?yán)走_(dá)對應(yīng)脈沖提取出來。CDIF算法通過統(tǒng)計(jì)TOA差值個數(shù)得到相控陣?yán)走_(dá)對應(yīng)脈沖序列的PRI值，當(dāng)脈沖丟失率較少時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)脈沖的提取，當(dāng)脈沖丟失率增大時(shí)，由于PRI值無法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，使得提取正確率銳減。

圖8　　　　樣本脈沖提取方法與CDIF算法平均提取正確率變化曲線

4.2提取算法性能分析

本實(shí)驗(yàn)用來分析參數(shù)測量誤差的變化對算法性能的影響。仿真產(chǎn)生相控陣?yán)走_(dá)某一工作模式對應(yīng)波形的一組脈沖序列，參數(shù)具體設(shè)置同實(shí)驗(yàn)1。此處的測量誤差主要包括二級子脈沖寬度τC=1μs的測量誤差ΔτC、脈寬PW的測量誤差ΔPW，兩種測量誤差主要影響的是脈沖脈內(nèi)不變特征的匹配成功率。

仿真產(chǎn)生三部復(fù)雜新體制雷達(dá)Ri(i=1,2,3)的脈沖序列，R1對應(yīng)的即為相控陣?yán)走_(dá)脈沖序列。R2對應(yīng)的脈沖序列參數(shù)設(shè)置為：RF捷變，捷變范圍為[4000MHz,4200MHz]；PRI參差，PRI分別為700μs、1000μs、1 350μs；PW固定，且PW值為8μs；脈內(nèi)二相編碼，且為7位巴克碼[1,1,0,0,1,0,1]。R3對應(yīng)的脈沖序列參數(shù)設(shè)置為：RF跳變，跳頻點(diǎn)分別為：4200MHz、4 270MHz、4 320MHz；PRI固定，且PRI值為900μs；PW抖動，抖動范圍為[9.6μs,12.7μs]；脈內(nèi)為線性調(diào)頻，起始頻率fbgein=4 100MHz，終止頻率fend=4 400MHz。

仿真產(chǎn)生TOA混疊的三種雷達(dá)交疊脈沖，脈沖數(shù)分別為200、160、300。ΔτC的標(biāo)準(zhǔn)差δτC變化范圍為[0μs,0.6μs]，變化步長為0.1μs；ΔPW的標(biāo)準(zhǔn)差δPW的變化范圍為[0μs,3μs]，變化步長為0.5μs。需要說明的是，由于R2和R3雷達(dá)對應(yīng)脈沖不存在二級子脈沖，因此ΔτC僅針對R1雷達(dá)。對每一種參數(shù)測量誤差值的情況進(jìn)行200次MonteCarlo實(shí)驗(yàn)，在正確分選出R1雷達(dá)對應(yīng)脈沖序列的前提下，統(tǒng)計(jì)提取正確的R1雷達(dá)脈沖數(shù)目與R1雷達(dá)真實(shí)脈沖數(shù)目的比例。在ΔτC的標(biāo)準(zhǔn)差固定，且取值為0.2μs的情況下，利用樣本脈沖提取R1雷達(dá)對應(yīng)脈沖的正確率隨δPW的變化曲線，如圖9a)所示；在ΔPW的標(biāo)準(zhǔn)差固定，取值為1μs的情況下，利用樣本脈沖提取R1雷達(dá)對應(yīng)脈沖的正確率隨δτC的變化曲線，如圖9b)所示。

圖9的結(jié)果驗(yàn)證了利用樣本脈沖對R1雷達(dá)對應(yīng)脈沖提取算法的有效性。同時(shí)，從圖9中可以看出隨著脈寬或者二級子脈沖測量誤差標(biāo)準(zhǔn)差的增大，R1雷達(dá)對應(yīng)脈沖的提取正確率有所降低。因此，為了獲得所需的提取正確率，應(yīng)該設(shè)法將參數(shù)測量誤差降低。

5　結(jié)束語

針對相控陣?yán)走_(dá)中基本脈沖參數(shù)變化復(fù)雜，利用脈間參數(shù)進(jìn)行分選難度較大的問題，本文基于樣本體系中樣本脈沖的描述方法，利用該型雷達(dá)脈內(nèi)調(diào)制域的成形規(guī)律，提取其脈內(nèi)不變特征，實(shí)現(xiàn)了信號的提取。通過仿真實(shí)驗(yàn)分析了本文算法與常規(guī)CDIF算法相比較的優(yōu)越性能，在常規(guī)CDIF算法無法實(shí)現(xiàn)分選的情況下，本文算法能夠準(zhǔn)確提取相控陣?yán)走_(dá)對應(yīng)脈沖序列，此外，還對其性能進(jìn)行了分析，得到了算法性能與測量誤差變化的關(guān)系。

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吳世龍男，1978年生，講師。研究方向?yàn)槔走_(dá)與雷達(dá)對抗理論、電子對抗新技術(shù)。

孟祥豪男，1987年生，博士生。研究方向?yàn)槔走_(dá)與雷達(dá)對抗理論新技術(shù)。

羅景青男，1957年生，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)槔走_(dá)對抗信號處理，空間電子對抗技術(shù)，陣列信號處理等。

APulseExtractionMethodofPhasedArrayRadarBasedonPatternPulseandIntra-pulseModulationInvariantFeature

WUShilong，MENGXianghao，LUOJingqing

(ElectronicEngineeringInstitute,LaboratoryofElectronicCountermeasureandInformationProcessingHefei230037,China)

Aimingatthehighdifficultybyutilizingparametersbetweenpulsesintheextractionofcertainmultifunctionphasedarrayradarsignalwhichisofcomplexin-pulseparametersvariation,adescriptionmethodcalled“patternpulse”isproposed,whichcandescribethevariationofintra-pulsemodulationdomainofradarpulsesignals.Then,theconceptcalled“intra-pulsemodulationinvariantfeature”isintroducedbasedontheintra-pulsevariantfeatureofphasedarrayradartodescribetheintra-pulsemodulationfeatureofphasedarrayradar.Lastly,onthebasisofpatternpulse(PP)descriptionmethod,thedeinterleavingalgorithmbasedontheconjunctionofPPandintra-pulsemodulationinvariantfeatureisproposedtorealizetheextractionofphasedarrayradarpulses.Thecomputersimulationexperimentsverifythevalidityandrationalityofthealgorithm.

patternpulse;intra-pulsemodulationinvariantfeature;pulsesequenceextraction;phasedarrayradar

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60801044)；預(yù)研基金資助項(xiàng)目

孟祥豪Email：xiaoyaotan0508@163.com

2016-01-19

2016-03-22

TP181

A

1004-7859(2016)06-0083-07

·電子對抗·DOI：10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.06.020